速度計算裝置、速度計算方法和導航裝置的制作方法

文檔序號：6155793閱讀：218來源：國知局

專利名稱：速度計算裝置、速度計算方法和導航裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適當?shù)貞糜诶绫銛y式導航裝置的速度計算裝置、速度計算方法和導航裝置。
背景4支術
現(xiàn)有技術中的導航裝置被配置為從多個GPS (全球定位系統(tǒng))衛(wèi)星接收定位信號(在下文中，也稱為GPS信號)，并基于GPS信號計算車輛的當前位置。
然而，當安裝了導航裝置的車輛進入例如隧道或地下停車場時，如上的導航裝置不能從GPS衛(wèi)星接收GPS信號，并且由此所述導航裝置變得不能基于GPS信號來計算車輛的當前位置。
為了避免這樣的不便，存在一種導航裝置，其被配置為即使在導航裝置不能接收GPS信號的情況下，基于與車輛的行進方向正交的水平方向中的加速度以及在轉(zhuǎn)彎時環(huán)繞與行進方向正交的垂直軸的角速度，來計算行進方向中的速度，并且基于行進方向中的速度來計算當前位置。在JP-A-2008-76389 中公開了這種導航裝置的示例。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述的導航裝置能夠在轉(zhuǎn)彎時計算行進方向中的速度，但不能在向前直線駕駛時計算行進方向中的速度。因此所述導航裝置存在這樣的問題不是在所有路況中必然計算行進方向中的速度。
因此，期望提供能夠在任何情況下、在所有路況中、高精度地計算車輛速度的速度計算裝置、速度計算方法和導^^裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了速度計算裝置，包括垂直方向加速度檢測部分，其被安裝在車輛上，并檢測與路面的起伏對應地產(chǎn)生的垂直方向中的加速度；水平方向角速度檢測部分，其被安裝在車輛上，并檢測與路面的起伏對應地產(chǎn)生的、環(huán)繞與車輛的行進方向正交的水平軸的角速度；以及速度計算部分，其基于垂直方向中的加速度和環(huán)繞水平軸的角速度來計算車輛的行進方向中的速度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了速度計算方法，包括如下步驟檢測與路面的起伏對應地在車輛中產(chǎn)生的垂直方向中的加速度；檢測與路面的起
及基于在垂直方向中的加速度和環(huán)繞水平軸的角速度來計算在車輛的行進方向中的速度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了導航裝置，包括垂直方向加速度檢測部分，其檢測與路面的起伏對應地在車輛中產(chǎn)生的垂直方向中的加速度；水平方向角速度檢測部分，其檢測與路面的起伏對應地在車輛中產(chǎn)生的環(huán)繞
與車輛的行進方向正交的水平軸的角速度；速度計算部分，其基于垂直方向中的加速度和環(huán)繞水平軸的角速度來計算在車輛的行進方向中的速度；垂直方向角速度檢測部分，其計算環(huán)繞與行進方向垂直的垂直軸的角速度；角度計算部分，其基于環(huán)繞垂直軸的角速度計算車輛已經(jīng)轉(zhuǎn)過的角度；以及位置計算部分，其基于由速度計算部分計算出的行進方向中的速度以及由角度計算部分計算出的角度，來計算車輛的當前位置。
才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，；險測垂直方向中的加速度和環(huán)繞與行進方向正交的水平軸的角速度(其二者均與路面的起伏對應地產(chǎn)生)，以及在所有路況中基于垂直方向中的加速度和環(huán)繞水平軸的角速度來計算行進方向中的速度變為可能。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過檢測垂直方向中的加速度和環(huán)繞與行進方向正交的水平軸的角速度(其二者均與路面的起伏對應地產(chǎn)生)，并通過基于垂
提供能夠在任何情況下、在所有路況中、高精度地計算車輛速度的速度計算裝置、速度計算方法和導航裝置變?yōu)榭赡堋?br>

圖1A和圖1B是分別示意性地示出在凹和凸路面上行進的車輛的狀態(tài)的
圖2是示意性地示出車輛沿曲線行進的狀態(tài)的圖3是示意性地示出使用速度和角度的當前位置計算方法的圖；圖4是示意性地示出PND的整體配置的圖5是示意性地示出PND的坐標系的定義的圖6是示意性地示出PND的傳感器配置的圖7是示意性地示出PND的電路圖的圖8是示意性地示出速度計算部分的配置的圖9是示意性地示出海拔與角度的關系的圖IOA和圖IOB是示意性地示出低速時路面角度的狀態(tài)的圖IIA和圖IIB是示意性地示出高速時路面角度的狀態(tài)的圖12是示意性地示出極低速時路面角度的狀態(tài)的圖13是示意性地示出通過支架(cradle)的振動的狀態(tài)的圖14是示意性地示出在高通濾波處理之后的附加加速度和附加角速度
的圖15A到圖15H是示意性地示出以每4096個數(shù)據(jù)點進行傅立葉變換的附加角速度的圖16A到圖16H是示意性地示出以每4096個數(shù)據(jù)點進行傅立葉變換的附加角速度的圖17A到圖17D是示意性地示出關于附加加速度的低通濾波處理的比較
的圖18A到圖18D是示意性地示出關于附加角速度的低通濾波處理的比較
的圖19是示意性地示出低速時前加速度(front acceleration)和后加速度 (rear acceleration)的關系的圖20A和圖20B是示意性地示出中速和高速時前加速度和后加速度的關系的圖21A到圖21F是示意性地示出在三個安裝位置處的加速度、俯仰角速度(pitch rate)和速度的仿真的示例的圖22是示意性地示出最大值和最小值的關系的圖23是示意性地示出速度和數(shù)據(jù)點編號的關系的圖24A和圖24B是示意性地示出在不同的弧長中的加速度和俯仰角速度的狀態(tài)的圖25是用于描述使用速度計算處理的當前位置計算處理過程的流程圖；圖26A和圖26B是示意性地示出加速度、角速度和速度的測量結(jié)果的示例的圖27A和圖27B是示意性地示出測量結(jié)果與參考的比較(1)的圖；圖28A和圖28B是示意性地示出測量結(jié)果與參考的比較(2)的圖；圖29A和圖29B是示意性地示出測量結(jié)果與參考的比較(3)的圖；圖30A和圖30B是示意性地示出測量結(jié)杲與參考的比較(4)的圖；圖31A和圖31B是示意性地示出測量結(jié)果與參考的比較(5)的圖；圖32A到圖32C是示意性地示出在曲線處測量結(jié)果與參考的比較(1 )
的圖33A到圖33C是示意性地示出在曲線處測量結(jié)果與參考的比較(2)
的圖34A到圖34C是示意性地示出在曲線處測量結(jié)果與參考的比較(3)
的圖35A和圖35B是示意性地示出在具有行進軌跡的地圖上的路徑的比較
的圖36是示意性地示出根據(jù)安裝在小型車輛(compact vehicle )上的PND 的測量結(jié)果以及基于GPS信號的速度和距離的比較的圖37是示意性地示出根據(jù)安裝在迷你廂式車(minivan vehicle )上的PND 的測量結(jié)果以及基于GPS信號的速度和距離的比較的圖；以及
圖38是示意性地示出在本發(fā)明的另一實施例中的使用示例的圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。 (1 )基本原理
在本發(fā)明的實施例中，將便攜式導航裝置(在下文中，也稱為PND(個人導航裝置))用作導航裝置，并且將描述使用PND來計算車輛的速度和當前位置的基本原理。
(1-1 )速度計算原理
實際上，當車輛在路上行進時它幾乎^[艮少在平路上^f亍進。車輛實際上在凹形(如圖1A所示，當作為整體觀察時)路上和凸形(如圖1B所示，當作為整體觀察時)路上行進。在這里使用的車輛的坐標系中，X軸表示車輛的前后方向，Y軸表示與 X軸正交的水平方向，并且Z軸表示上下方向。當車輛在凹路(圖1A)上行進時，例如，安裝在車輛的儀表板上的PND 以例如50[Hz]的采樣頻率、使用向PND提供的三軸加速度傳感器(triaxial acceleration sensor )，才全測沿Z壽由的向下力口速度az。PND還以50[Hz]的采樣頻率、使用向PND提供的Y軸陀螺儀傳感器 (gyrosensor)，檢測環(huán)繞與行進方向正交的Y軸的角速度(在下文中，也稱為俯仰角速度)C0y。這里，對于PND，限定沿Z軸的向下加速度az為正，且當沿圖1A所示的凹路面形成的虛擬圓圏經(jīng)歷關于行進方向的向上縱向旋轉(zhuǎn)時的俯仰角速度C0y為正。PND被配置為使用由三軸加速度傳感器檢測到的加速度az以及由Y軸陀螺儀傳感器檢測到的俯仰角速度Oy,根據(jù)以下等式(1 )，每秒50次地計算行進方向中的速度V。當車輛在凸路(圖1B)上行進時，PND以例如50[Hz]的采樣頻率、使用向PND提供的三軸加速度傳感器，檢測沿Z軸的向上加速度az'，并且還以例如50[Hz]的采樣頻率、使用向PND提供的Y軸陀螺儀傳感器，檢測環(huán)繞Y軸的俯仰角速度coy'。PND被配置為使用由三軸加速度傳感器檢測到的加速度az，以及由Y軸陀螺儀傳感器檢測到的俯仰角速度coy'，根據(jù)以下等式(2),每秒50次地計算行進方向中的速度V'。這里，為了描述的簡單起見，將負的加速度az描述為加速度ocz'。三軸加速度傳感器實際上將加速度otz'檢測為加速度az的負值。對于俯仰角速度 /也是如此。換言之，盡管將負的俯仰角速度(Oy描述為俯仰角速度a)y'，但是Y軸陀螺儀傳感器實際上將俯仰角速度CDy '檢測為俯仰角速度C0y的負值。因此，實際上將速度V'計算為速度V。(1-2)當前位置計算原理現(xiàn)在將描述基于使用上述速度計算原理而計算的速度V以及環(huán)繞Z軸的角速度來計算當前位置的當前位置計算原理。如圖2所示，PND以例如50[Hz]的采樣頻率、使用向PND提供的Z軸陀螺儀傳感器，檢測當車輛左轉(zhuǎn)時環(huán)繞Z軸的角速度(在下文中，也稱為偏轉(zhuǎn)角速度(yawrate)) coz。然后，如圖3所示，PND基于前一位置PO處的速度V以及通過將由陀螺儀傳感器檢測到的偏轉(zhuǎn)角速度CDz乘以采樣周期(這里，0.02[s])而得到的角度e，得到從前一位置P0到當前位置P1的變化量。PND被配置為通過將變化量加到前一位置PO來計算當前位置Pl。 (2) PND的配置現(xiàn)在將描述使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的基本原理來計算車輛的速度和當前位置的汽車導航裝置的具體配置。 (2-1) PND的外觀配置如圖4所示，在PND 1的前面向PND 1提供顯示部分2，并且PND1 被配置為在顯示部分2上顯示與例如在PND 1的內(nèi)部非易失性存儲器(未示出)中存儲的地圖數(shù)據(jù)對應的地像等。PND 1由經(jīng)由吸盤(suction disc) 3A附著于車輛的儀表板上的支架3支撐，并且PND 1與支架3彼此機械地且電氣地連接。因此PND 1在經(jīng)由支架3從車輛的電池提供的電源上工作，并且當從支架3將PND 1拆卸時，它以獨立狀態(tài)在從內(nèi)部電池提供的電源上工作。以這樣的方式提供PND 1:顯示部分2基本上垂直于車輛的行進方向。如圖5所示，在這種情況下的PND 1的坐標系中，X軸表示車輛的前后方向 (行進方向)，Y軸表示與X軸正交的水平方向，并且Z軸表示上下方向。在該坐標系中，將車輛的行進方向限定為X軸的正向，向右的方向限定為Y軸的正向，并且向下的方向限定為Z軸的正向。 (2-2) PND的傳感器配置如圖6所示，PND1包括三軸加速度傳感器4、 Y軸陀螺儀傳感器5、 Z 軸陀螺儀傳感器6和壓力傳感器7，所有這些傳感器都在內(nèi)部提供。三軸加速度傳感器4被配置為將沿X軸的加速度ax、沿Y軸的加速度ay和沿Z軸的加速度a2中的每一個檢測為電壓值。Y軸陀螺儀傳感器5、 Z軸陀螺儀傳感器6和壓力傳感器7被配置為分別將環(huán)繞Y軸的偏轉(zhuǎn)角速度coy、環(huán)繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角速度c^和大氣壓力PR檢測為電壓值。(2-3) PND的電路配置如圖7所示，PND 1的控制部分11由CPU (中央處理單元)形成，并且被配置為通過從例如由非易失性存儲器形成的存儲部分12讀出的基本程序來執(zhí)行整體的集成控制。PND 1還被配置為根據(jù)由控制部分11從存儲部分12讀出的各種應用程序來執(zhí)行下述速度計算處理?？刂撇糠?1被配置為在執(zhí)行速度計算處理等時用作GPS處理部分21、速度計算部分22、角度計算部分23、海拔計算部分24、位置計算部分25和導4元部分26。在PND 1中，將在GPS天線ANT處接收的、來自多個GPS衛(wèi)星的GPS 信號發(fā)送到控制部分11的GPS處理部分21。GPS處理部分21基于通過解調(diào)多個GPS信號中的每一個獲得的軌跡數(shù) 據(jù)、以及與從多個GPS衛(wèi)星到車輛的距離有關的距離數(shù)據(jù)，獲取通過精確地定位車輛的當前位置而獲得的當前位置數(shù)據(jù)NPD1,并且將所獲取的數(shù)據(jù)發(fā) 送到導航部分26。導航部分26被配置為從存儲器部分12中讀出包括基于當前位置數(shù)據(jù) NPD1的車輛的當前位置的周圍的地圖數(shù)據(jù)，以便創(chuàng)建包括當前位置的地圖圖像，并且被配置為通過將地像輸出到顯示部分2來顯示地像。順便提及，三軸加速度傳感器4以例如50[Hz]的采樣頻率檢測加速度ax、 ay和az。在加速度ax、 ay和az當中，向控制部分11的加速度計算部分22發(fā) 送指示加速度c^的加速度信息AD。Y軸陀螺儀傳感器5以例如50[Hz]的采樣頻率檢測俯仰角速度o)y，并將指示俯仰角速度(Oy的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD發(fā)送到控制部分11的速度計算部分 22。速度計算部分22基于與從三軸加速度傳感器4提供的加速度數(shù)據(jù)AD對應的加速度az以及與從Y軸陀螺儀傳感器5提供的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD對應的俯仰角速度coy，使用以上等式(l),每秒50次地計算速度V，并且將指示速度V的速度數(shù)據(jù)VD發(fā)送到位置計算部分25。
Z軸陀螺儀傳感器6以例如50[Hz]的采樣頻率檢測偏轉(zhuǎn)角速度cOz,并且將指示偏轉(zhuǎn)角速度①z的偏轉(zhuǎn)角速度數(shù)據(jù)YD發(fā)送到控制部分11的角度計算部分23。
角度計算部分23通過將與從Z軸陀螺儀傳感器6提供的偏轉(zhuǎn)角速度數(shù) 據(jù)YD對應的偏轉(zhuǎn)角速度cOz乘以采樣周期(這里，0.02[s]),來計算當車輛右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)時的角度e，并將指示角度0的角度信息DD發(fā)送到位置計算部分25。
位置計算部分25基于與從速度計算部分22提供的速度數(shù)據(jù)VD對應的速度V以及與從角度計算部分23提供的角度數(shù)據(jù)DD對應的角度e，得到從前一位置P0到當前位置P1 (如圖3所示)的變化量。位置計算部分25通過將變化量加到前一位置P0來計算當前位置P1，并將指示當前位置P1的當前位置數(shù)據(jù)NPD2發(fā)送到導航部分26。
同時，壓力傳感器7以例如50[Hz]的采樣頻率檢測環(huán)境壓力PR,并將指示壓力PR的壓力數(shù)據(jù)PRD發(fā)送到海拔計算部分24。
海拔計算部分24基于與從壓力傳感器7提供的壓力數(shù)據(jù)PRD對應的壓力PR計算車輛的海拔，并且將指示海拔的海拔數(shù)據(jù)HD發(fā)送到導航部分26。
導航部分26被配置為基于從位置計算部分25提供的當前位置數(shù)據(jù) NPD2和從海拔計算部分24提供的海拔數(shù)據(jù)HD，從存儲器部分12讀出包括車輛的當前位置的周圍的地圖數(shù)據(jù)，以便創(chuàng)建包括當前位置的地像，并且導航部分26被配置為通過將地像輸出到顯示部分2來顯示地像。 (3)速度計算處理
現(xiàn)在將詳細描述基于與從三軸加速度傳感器4提供的加速度數(shù)據(jù)AD對應的加速度az以及與從Y軸陀螺儀傳感器5提供的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD對應的俯仰角速度coy,由速度計算部分22計算速度V的速度計算處理。
當執(zhí)行速度計算處理時，如圖8所示，速度計算部分22用作數(shù)據(jù)獲取部分31、高通濾波部分32、低通濾波部分33、速度計算部分34、平滑和去噪部分35以及速度輸出部分36。
速度計算部分22的數(shù)據(jù)獲取部分31獲取從三軸加速度傳感器4提供的
加速度數(shù)據(jù)AD和從Y軸陀螺儀傳感器5提供的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD，并將加
速度數(shù)據(jù)AD和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD發(fā)送到高通濾波部分32。高通濾波部分32截止從數(shù)據(jù)獲取部分31提供的加速度數(shù)據(jù)AD和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD的直流分量，并將產(chǎn)生的加速度數(shù)據(jù)AD1和俯仰角速度數(shù)據(jù) PD1發(fā)送到低通濾波部分33。
低通濾波部分33對從高通濾波部分32提供的加速度數(shù)據(jù)AD1和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD1應用下述的低通濾波處理，并將產(chǎn)生的加速度數(shù)據(jù)AD2和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2發(fā)送到速度計算部分34。
速度計算部分34對從低通濾波部分33提供的加速度數(shù)據(jù)AD2和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2應用下述的速度計算處理，并將產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)VD1發(fā)送到平滑和去噪部分35。
平滑和去噪部分35對從速度計算部分34提供的速度數(shù)據(jù)VI應用下述的平滑和去噪處理，并將產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)VD發(fā)送到速度輸出部分36。
速度輸出部分36將從平滑和去噪部分35提供的速度數(shù)據(jù)VD輸出到位置計算部分25。
如已經(jīng)描述的那樣，速度計算部分22被配置為基于從三軸加速度傳感器 4提供的加速度數(shù)據(jù)AD和從Y軸陀螺儀傳感器5提供的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD 來計算車輛的速度V。
(3-1 )低通濾波處理
現(xiàn)在將詳細描述由低通濾波部分33對從高通濾波部分32提供的加速度數(shù)據(jù)AD1和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD1應用的低通濾波處理。
順便提及，在圖9中示出了基于與由壓力傳感器7獲取的壓力數(shù)據(jù)PRD 對應的壓力PR的海拔H和基于與由Y軸陀螺儀傳感器5獲取的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD對應的俯仰角速度o)y的、關于水平方向環(huán)繞Y軸的角度cp的關系。對于這里提到的角度cp，限定關于行進方向(X軸)的向上方向為正。
如從圖9中顯而易見的那樣，當海拔H突然從大約數(shù)據(jù)點1200K240[s]) 突然降低時(即當車輛跑下下坡時)，角度cp從大約0.5[deg]突然減小到大約-2.5[deg]，在海拔H與角度cp之間存在相關性。
當海拔H如上變化時，角度cp也與海拔H的變化相關聯(lián)地變化。因此，可以理解，PND 1能夠使用Y軸陀螺儀傳感器5檢測車輛的行進方向中路面的起伏。
在圖10A中單獨示出了圖9中的角度cp。圖IOB示出了當車輛以低于 20[km]每小時的低速行進時從圖10A的數(shù)據(jù)點5001到數(shù)據(jù)點6001的角度cp。同樣，如從圖10B中顯而易見的那樣，角度cp每秒振蕩一或兩次。
因此，當車輛以低于20[km]每小時的低速行進時，安裝在車輛上的PND
1將基于與由Y軸陀螺儀傳感器5獲取的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD對應的俯仰角
速度coy的角度cp檢測為1到2[Hz]的振蕩。
同樣，如圖IOA那樣，圖IIA單獨示出了圖9的角度cp。圖IIB示出了
當車輛以60[km]每小時或更高的高速行進時從圖11A的數(shù)據(jù)點22001到數(shù)據(jù)
點23001的角度cp。
根據(jù)這些圖，PND 1在車輛以60[km]每小時或更高的高速行進時，也將基于與由Y軸陀螺儀傳感器5獲取的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD對應的俯仰角速度. Q)y的角度9檢測為1到2[Hz]的振蕩。
進一步，如圖12所示，當車輛以低于10[km]每小時的極低速行進時， PND 1也將基于與由Y軸陀螺儀傳感器5獲取的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD對應的俯仰角速度coy的角度cp檢測為1到2[Hz]的振蕩。
因此，當PNDl從Y軸陀螺儀傳感器5檢測到俯仰角速度(0y時，它將俯仰角速度o)y檢測為l到2[Hz]的振蕩，而無論車輛的行進速度如何。
順便提及，PND 1由經(jīng)由吸盤3A附著于車輛的儀表板的支架3支撐。如圖13所示，支架3包括在吸盤3A之上提供的主體部分3B和PND支撐部分3D,所述PND支撐部分3D在一端在預定高度位置處被支撐在向主體部分 3B提供的支撐點3C上，并且在另一端支撐PND1。
因此，當車輛與路面的起伏對應地振蕩時，PND 1例如以加速度ctc和角速度o)e環(huán)繞PND支撐部分3D的支撐點3C以上下方向振蕩。
因此，三軸加速度傳感器4實際上檢測通過將與環(huán)繞PND支撐部分3D 的支撐點3C的振蕩相關聯(lián)的加速度(Xc加到當車輛與路面的起伏對應地振蕩時產(chǎn)生的Z軸方向中的加速度ciz (圖1)而獲得的加速度(在下文中，被稱為附加加速度)acz。
此外，Y軸陀螺儀傳感器5實際上檢測通過將與環(huán)繞PND支撐部分3D 的支撐點3C的振蕩相關聯(lián)的角速度coc加到當車輛與路面的起伏對應地振蕩時產(chǎn)生的環(huán)繞Y軸的俯仰角速度coy (圖1)而獲得的角速度(在下文中，被
稱為附加角速度)Q)cy。
因此，低通濾波部分33實際上經(jīng)由數(shù)據(jù)獲取部分31和高通濾波部分32 來獲取指示附加加速度acz的加速度數(shù)據(jù)AD 1和指示附加角速度cocy的俯仰角速度凄i據(jù)PDl。
在圖14中示出了在通過高通濾波部分32應用高通濾波處理之后，與加速度數(shù)據(jù)AD1對應的附加加速度oiM和與俯仰角速度凄t據(jù)PDl對應的附加角速度①cy。圖15A到圖15H示出了以每4096個數(shù)據(jù)點進行傅立葉變換的、圖 14中所示的附加角速度cocy的曲線圖。
更具體地說，圖15A是從圖14的數(shù)據(jù)點1到4096的、進行了傅立葉變換的附加角速度coey的曲線圖。同樣地，圖15B、圖15C和圖15D分別是從圖14的數(shù)據(jù)點4097到8192、從數(shù)據(jù)點8193到12288、以及從數(shù)據(jù)點12289 到16384的進行了傅立葉變換的附加角速度o)cy的曲線圖。
并且，圖15E、圖15F、圖15G和圖15H分別是從圖14的數(shù)據(jù)點16385 到20480、從數(shù)據(jù)點20481到24576、從數(shù)據(jù)點24577到28672、以及/人數(shù)據(jù) 點28673到32768的進行了傅立葉變化的附加角速度C0cy的曲線圖。
在圖15A到圖15H當中，如圖15C到圖15H中明顯示出的那樣，在l 到2[Hz]處的頻率分量和在大約15[Hz]處的頻率分量表示大值。
換言之，PND 1使用Y軸陀螺儀傳感器5檢測附加角速度(oey,其是通過如上所述的路面的起伏而以1到2[Hz]振蕩的俯仰角速度cOy與通過支撐 PND1的支架3而以15[Hz]振蕩的角速度o)c的合成。
同時，圖16A到圖16H示出了以每4096個it據(jù)點進^f亍傅立葉變換的圖
14中所示的附加加速度(Xcz的曲線圖。
更具體地說，圖16A是從圖14的數(shù)據(jù)點1到4096的進行了傅立葉變換的附加加速度(Xcz的曲線圖。同樣地，圖16B、圖16C和圖16D分別是從圖 14的數(shù)據(jù)點4097到8192、從數(shù)據(jù)點8193到12288以及從數(shù)據(jù)點12289到 16384的進行了傅立葉變換的附加加速度(Xcz的曲線圖。
并且，圖16E、圖16F、圖16G和圖16H分別是從圖14的數(shù)據(jù)點16385 到20480、從數(shù)據(jù)點20481到24576、從數(shù)據(jù)點24577到28672以及從數(shù)據(jù)點 28673到32768的進行了傅立葉變換的附加加速度aez的曲線圖。
由于以附加角速度cocy產(chǎn)生在1到2[Hz]處的頻率分量和在大約15[Hz] 處的頻率分量(圖15C到圖15H),因此預期也以附加加速度otcz產(chǎn)生在1到 2[Hz]處的頻率分量和在大約15[Hz]處的頻率分量。
換言之，PNDl使用三軸加速度傳感器4檢測附加加速度otez,其是通過如上所述的路面的起伏而以1到2[Hz]振蕩的加速度oiz與通過支撐PND 1的支架3而以15[Hz]振蕩的加速度ae的合成。
因此將低通濾波部分33配置為對從高通濾波部分32提供的加速度數(shù)據(jù) AD1和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD1應用低通濾波處理，以便移除在大約15[Hz]處的頻率分量，即，由于支架3支撐PND1而產(chǎn)生的加速度ac和角速度coc。
通過使用對數(shù)軸作為坐標來將圖16H的曲線圖轉(zhuǎn)換為圖17A所示的曲線圖。將截止頻率2[Hz]的IIR (無限沖激響應)濾波器應用到從數(shù)據(jù)點28673 到32768的附加加速度oiez兩次、四次和六次，之后進行傅立葉變換，并且在圖17B、圖17C和圖17D中分別示出由此獲得的曲線圖。
并且，通過使用對數(shù)軸作為坐標來將圖15H的曲線圖轉(zhuǎn)換為圖18A的曲線圖。如附加加速度(Xcz那樣，將截止頻率2[Hz]的IIR濾波器應用到從數(shù)據(jù) 點28673到32768的附加角速度 ez兩次、四次和六次，之后進行傅立葉變換，并且在圖18B、圖18C和圖18D中分別示出由此獲得的曲線圖。
如圖17B到圖17D以及圖18B到圖18D所示的，PND 1通過將截止頻率2[Hz]的IIR濾波器應用到從高通濾波部分32提供的加速度數(shù)據(jù)AD1和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD1四次或更多次，能夠移除由于PND 1由支架3支撐所產(chǎn)生的在大約15[Hz]的頻率分量。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例的低通濾波部分33將截止頻率2[Hz]的IIR 濾波器應用到從高通濾波部分32提供的加速度數(shù)據(jù)AD1和俯仰角速度凄t據(jù) PD1四次，并將產(chǎn)生的加速度數(shù)據(jù)AD2和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2發(fā)送到速度計算部分34。
因此，低通濾波部分33能夠通過從附加加速度aez中移除與環(huán)繞PND支撐部分3D的支撐點3C的支架3中的振動相關聯(lián)的加速度ac，僅提取通過路面的起伏而產(chǎn)生的加速度az。
并且，低通濾波部分33能夠通過從附加角速度C0cz中移除與環(huán)繞PND 支撐部分3D的支撐點3C的支架3中的振動相關聯(lián)的角速度coc,僅提取^^艮據(jù) 路面的起伏而產(chǎn)生的俯仰角速度coz。
(3-2 )速度計算處理
現(xiàn)在將詳細描述由速度計算部分34基于從低通濾波部分33提供的加速度數(shù)據(jù)AD2和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2計算速度V的速度計算處理。
在圖19以及圖20A和圖20B中示出了當在將PND 1安裝在車輛的前側(cè) 的儀表板上和車輛的后側(cè)上的后窗附近時車輛分別以低于20[km]每小時的低速、低于60[km]每小時的中速以及60[km]每小時或更高的高速行進時，在前側(cè)和后側(cè)上與加速度數(shù)據(jù)AD2對應的加速度az。
在圖19以及圖20A和圖20B中，將由安裝在前側(cè)上的PND 1檢測到的加速度(Xz稱為前加速度，而將由安裝在后側(cè)上的PND 1檢測到的加速度az 稱為后加速度。
如從圖19以及圖20A和圖20B中顯而易見的，可以理解后加速度的相位滯后于前加速度，而不論車輛的行進速度如何。相位滯后基本上等于通過將軸距(wheel base)(車輛的前輪軸與后輪軸之間的距離)除以行進速度而獲得的值。
圖21A到圖21C示出了當將PND 1分別安裝在車輛的儀表板(對應于從前輪軸起軸距的30% )、中心和后輪軸上時，指示與加速度數(shù)據(jù)AD2對應的加速度az和與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度coy的關系的仿真結(jié) 果的示例。圖21D到圖21F分別示出了當基于從圖21A到圖21C所示的仿真結(jié)果中獲得的加速度az和俯仰角速度coy、根據(jù)以上等式O)計算速度V時的結(jié)果。
在這樣的假設下執(zhí)行仿真具有2.5[m]軸距的車輛以5[m/s]的速度在以正弦波(具有0.1[m]的幅度和20[m]的波長)起伏的路面上行進。
如從圖21A到圖21C中顯而易見的，當將PND 1安裝在車輛上更接近于后側(cè)的位置上時，加速度az的相位滯后。同時，無論車輛中PND1的安裝位置如何，都不存在俯仰角速度coy的相位滯后。
因此，如圖21B中所示，在將PND1安裝在車輛的中心處的情況下，基本上不存在加速度az與俯仰角速度coy之間的相位滯后。因此，如圖21E中所示，根據(jù)以上等式(1)計算的速度V基本上恒定。
然而，如圖21A和圖21C中所示，當PND 1的安裝位置關于車輛的中心向前或向后移動時，加速度(Xz與俯仰角速度(Oy之間存在相當大的相位滯后。因此，如圖21D和圖21F中所示，由于加速度az與俯仰角速度o)y之間的相位滯后，使得與將PND 1安裝在車輛的中心處的情況(圖21E)相比，根據(jù) 以上等式(1 )計算的速度V具有很大誤差。
特別地，由于當車輛的速度V是低于20[km]每小時的低速時，加速度az 與俯仰角速度 y之間的相位滯后變大，因此速度V的計算誤差變大。
因此，如圖22中所示，速度計算部分34分別從環(huán)繞與前一位置P0 (圖3 )對應的數(shù)據(jù)點Pm的25個數(shù)據(jù)點或75個數(shù)據(jù)點的范圍提取與從低通濾波部分33提供的加速度數(shù)據(jù)AD2對應的加速度(Xz的最大值和最小值，作為最大加速度az,max和最小加速度az,min。
并且，速度計算部分34分別從環(huán)繞數(shù)據(jù)點Pm的25個數(shù)據(jù)點或75個數(shù) 據(jù)點的范圍提取與從低通濾波部分33提供的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯
仰角速度COy的最大值和最小值，作為最大俯仰角速度(fly和最小俯仰角速
度
然后速度計算部分34使用從加速度數(shù)據(jù)AD2中提取的最大加速度az!max 和最小加速度az，min以及從俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2中提取的最大俯仰角速度
O)y,匪和最小俯仰角速度COy，min,根據(jù)以下等式(3)(其為上述等式(1)的修
改)，計算在前一位置P0 (圖3 )處行進方向中的速度V，并將產(chǎn)生的速度數(shù) 據(jù)VD1發(fā)送到平滑和去噪部分35:
max— min
因此，通過根據(jù)以上等式(3 )計算速度V，即使當在與加速度數(shù)據(jù)AD2 對應的加速度az和與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度coy之間存在相位滯后時，速度計算部分34也從寬于相位滯后的范圍中4是取最大加速度O^max 和最小加速度az,min以及最大俯仰角速度fi)y,隨和最小俯仰角速度Q)y,min,且由此能夠去除相位滯后的影響。
順侵j是及，如圖23中所示，當速度計算部分34計算前一位置P0處行進方向中的速度V肘，在再前一位置(second last position)(未示出)處的速度 (在下文中，稱為先前值速度)V"為O[km]每小時到3S[km]每小時的情況下，它使用25個數(shù)據(jù)點的范圍，而在先前值速度V^超過35[km]每小時的情況下，
它使用75個數(shù)據(jù)點的范圍。
并且，當速度計算部分34計算前一位置P0處進行方向中的速度V時，在先前值速度V^為35[km]每小時到25[km]每小時的情況下，它使用75個數(shù)據(jù)點的范圍，而在先前值速度V^低于25[km]每小時的情況下，它使用25 個數(shù)據(jù)點的范圍。
因此，速度計算部分34在提取最大加速度0tz,max和最小加速度0^min以及
最大俯仰角速度(Oy，，和最小俯仰角速度coy,min時，響應于速度V而切換25 17個數(shù)據(jù)點和75個數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)范圍。
在這種示例中，在車輛的速度V處于低速(例如，25[km]每小時或更低) 的情況下，對于路面的微小變化，加速度az和俯仰角速度o)y突然地變化。速度計算部分34因此將數(shù)據(jù)范圍設置得更窄，以便解決這種突然變化。
相反，在車輛的速度V為35[km]每小時或更高的情況下，由于車輛的懸架的影響很大并且加速度(Xz和俯仰角速度coy緩慢地變化，因此速度計算部分 34將數(shù)據(jù)范圍設置得更寬，以便解決這種緩慢變化。
以這種方式，當提取最大加速度(Xz,max和最小加速度az,min以及最大俯仰角速度COy和最小俯仰角速度Q)y,min時，通過響應于車輛的速度V來切換數(shù)
據(jù)范圍，速度計算部分34變得能夠反映路面以及車輛與速度V對應的情況。因此可以提高速度V的計算精度。
并且，當提取最大加速度az,max和最小加速度az,min以及最大俯仰角速度
COy,隨和最小俯仰角速度COy,min時，速度計算部分34被配置為提供遲滯特性
(hysteresis characteristic )，以4更改變加速度和減速之間的數(shù)據(jù)范圍。
歸因于該配置，不需要將在不存在遲滯特性的情況下所需的數(shù)據(jù)范圍的切換速度附近的數(shù)據(jù)范圍頻繁地切換到當計算速度V時的數(shù)據(jù)范圍。因此速度計算部分34能夠消除由于頻繁切換而引起的速度V的計算誤差。因此可以進一步提高速度V的計算精度。 (3-3)平滑和降噪處理
現(xiàn)在將詳細描述由平滑和降噪部分35向由速度計算部分34計算的速度數(shù)據(jù)VD1應用的平滑和去噪處理。
平滑和去噪部分35被配置為首先使用初級(primary) IIR (其中截止頻率可變)將低通濾波處理應用到從速度計算部分34提供的速度數(shù)據(jù)VD1。
更具體地說，當計算前一位置PO處的行進方向中的速度V時，平滑和去噪部分35基于先前值速度Vn_,確定截止頻率。
在這里，在PND1中，當車輛的行進速度為高速(例如，以60[km]每小時或更高)時，由速度計算部分34計算的速度V包含相當大的噪聲，并且速度V顯著地變化。為了避免這樣的不便，當先前值速度V^為60[km]每小時或更高時，平滑和去噪部分35使用設置有低截止頻率的低通濾波器。
相反，當先前值速度V^低于60[km]每小時時，平滑和去噪部分35使用設置有高截止頻率的低通濾波器。順便提及，在由速度計算部分34計算的速度V是低于例如10[km]每小時的極低速時，俯仰角速度coy (其是以上等式(1)或等式(3 )的分母的值) 變得更小。因此，根據(jù)以上等式(1)或等式(3)計算的速度V可能變得與實際值相比極其大。
為了避免這樣的不便，平滑和去噪部分35獲取已經(jīng)從^[氐通濾波部分33 應用了低通濾波處理的加速度凄t據(jù)AD2和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2，并且在與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度coy小于預定閾值的情況下，確定速度V 非常地高，并將在低通濾波處理之后的速度V設置為0。
同時，如圖24A所示，在路面起伏的弧B1大于車輛的軸距W的情況下， PND 1能夠使用上述基本原理精確地計算速度V。
然而，如圖24B所示，例如，在路面起伏的弧B2小于軸距W的情況下，
當車輛的前輪爬上起伏時，產(chǎn)生關于車輛的垂直方向中的加速度(Xb和環(huán)繞以
車輛的后輪為中心的Y軸的角速度cob。
在這種示例中，PND 1分別使用三軸加速度傳感器4和Y軸陀螺儀傳感器5來檢測加速度ctb和角速度cob (圖24B )，而不檢測由與路面起伏對應的1 到2[Hz]的振蕩而產(chǎn)生的加速度az和俯仰角速度0)y (圖24A)。
加速度(Xb取比當路面起伏的弧Bl大于軸距W時產(chǎn)生的加速度oiz更大的值。并且，角速度(Ob取比當路面起伏的孤Bl大于車輛的軸距W時產(chǎn)生的俯仰角速度ooy更大的值。
進一步，基于當路面起伏的弧B2小于軸距W時產(chǎn)生的加速度ab和角速度cob、根據(jù)上述等式(1)或等式(3 )計算的速度.(在下文中，稱為小弧速度(arc velocity )) Vb取與基于當路面起伏的弧Bl大于車輛的軸距W時產(chǎn)生的加速度(Xz和俯仰角速度CDy、根據(jù)等式(1 )或等式(3)計算的速度V相比非常大的值，這是因為加速度ab比角速度o)b變化更大。
因此，在路面起伏的弧B2小于車輛的軸距W的情況下，PND1中的速度計算部分22通過使用加速度ab和角速度cob來計算小弧速度Vb，而將速度 V計算為非常大的值。
為了避免這樣的不便，平滑和去噪部分35獲取已經(jīng)從低通濾波部分33 將低通濾波處理應用到的加速度數(shù)據(jù)AD2和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2，并確定與加速度數(shù)據(jù)AD2對應的加速度ctz和與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度coy是否大于相應的預定閾值。在與加速度數(shù)據(jù)AD2對應的加速度az和與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度o)y大于相應的預定閾值的情況下，平滑和去噪部分35確定速度 V非常高，并且不使用已經(jīng)將低通濾波處理應用到的速度V,而是使用先前值速度Vn."換言之，平滑和去噪部分35被配置為當在除了極低速之外的速度處，速度V取非常大的值時使用先前值速度，因為該取非常大的值的速度很有可能是錯的。
如已經(jīng)描述的那樣，平滑和去噪部分35通過在已經(jīng)應用了低通逸波處理的速度V取非常大的值的情況下在極低速處將速度V設置為0，并且否則使用先前值速度V^作為速度V,能夠更精確地計算速度V。 (4)使用速度計算處理的位置計算處理過程
現(xiàn)在將使用圖25的流程圖，詳細描述由PND 1中的控制部分11使用上述速度計算處理來計算當前位置的位置計算處理過程。
實踐中，控制部分11在例程RT1的開始步驟中開始所述過程，并進行到步驟SP1，其中它使用速度計算部分22的數(shù)據(jù)獲取部分31，獲取由三軸加速度傳感器4檢測到的加速度數(shù)據(jù)AD和由Y軸陀螺儀傳感器5檢測到的俯仰角速度數(shù)據(jù)PD,之后進行到下面的步驟SP2。
在步驟SP2，控制部分11使用速度計算部分22的高通濾波部分32將高通濾波處理應用到加速度數(shù)據(jù)AD和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD，并且進行到下面的步驟SP3。
在步驟SP3，控制部分11使用速度計算部分22的低通濾波部分33，對已經(jīng)將高通濾波處理應用到的加速度數(shù)據(jù)AD1和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD1應用使用截止頻率例如為l[Hz]的四次IIR濾波器的低通濾波處理，并且進行到下面的步驟SP4。
在步驟SP4，控制部分11使用速度計算部分22的速度計算部分34，基于與已經(jīng)將低通濾波處理應用到的加速度數(shù)據(jù)AD2對應的加速度otz和與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度cOy、根據(jù)以上等式(3)計算速度V，并且進行到下面的步驟SP5 。
在步驟SP5，控制部分11向指示在步驟SP4中計算出的速度V的速度數(shù)據(jù)VD應用平滑和去噪處理。
更具體地說，控制部分11向指示在步驟SP4中計算出的速度V的速度數(shù)據(jù)VD1應用可變截止頻率的低通濾波處理。在控制部分11確定已經(jīng)將低通濾波處理應用到的速度V是非常大的值
的情況下，它在極低速處(例如，低于10[km]每小時)將速度V設置到0，否則使用先前值速度Vn.i作為速度V，并且進行到下面的步驟SP6。
在步驟SP6，控制部分11使用角度計算部分23獲取由Z軸陀螺儀傳感器6檢測到的偏轉(zhuǎn)角速度數(shù)據(jù)(yawratedata) YD,并且進行到下面的步驟SP7。
在步驟SP7，控制部分11使用角度計算部分23，將與偏轉(zhuǎn)角速度凄t據(jù)YD對應的偏轉(zhuǎn)角速度cOz乘以0.02[s](其為釆樣周期)來計算指示角度e的角度數(shù)據(jù)DD,并且進行到下面的步驟SP8。
在步驟SP8，控制部分11基于已經(jīng)在步驟SP5將平滑和去噪處理應用到的速度數(shù)據(jù)VD以及在步驟SP8計算出的角度數(shù)據(jù)DD來計算當前位置數(shù)據(jù)NPD2，并且進行到下面的步驟SP9。
在步驟SP9，控制部分11基于從位置計算部分25提供的當前位置數(shù)據(jù)NPD2，從存儲器部分12讀出包括車輛的當前位置的周圍的地圖數(shù)據(jù)，以便創(chuàng)建包括當前位置的地像，并將該地像輸出到顯示部分2，之后進行到下面的步驟SP10以結(jié)束處理。(5)測量結(jié)果
在圖26A到圖37示出了通過上述速度計算處理計算出的測量結(jié)果。圖26A到圖35B示出了根據(jù)安裝在轎車上的PND 1的測量結(jié)果。圖36和圖37分別示出了根據(jù)安裝在小型車輛和迷你廂式車上的PND 1的測量結(jié)果。
圖26A分別示出了分別與由三軸加速度傳感器4和Y軸陀螺儀傳感器5檢測到的加速度數(shù)據(jù)AD和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD對應的加速度az和俯仰角速度①y。圖26B示出了使用加速度o^和俯仰角速度cOy根據(jù)以上等式(3)計算出的速度V。
如從圖26A和圖26B中顯而易見的，在PND 1中，加速度oiz隨著車輛的速度V的增大而增大，而俯仰角速度a)y取基本上恒定的值。
圖27A到圖31B示出了通過執(zhí)行速度計算處理而計算出的速度V和通過由PND1使用速度V而計算出的距離D的曲線圖，以及用于與速度V和距離D進行比較，從安裝了 PND 1的車輛的車輛速度脈沖而計算出的速度Vref和使用速度Vref而計算出的距離Dw的曲線圖。圖27A到圖31B示出了當安裝了 PND 1的車輛在不同的路上行進時的曲線圖。這里，也將從車輛的車輛速度脈沖而計算出的速度稱為參考速度，并且也將使用參考速度而計算出的距離稱為參考距離。
圖27A示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的速度計算處理而計算出的速度V以及使用速度V而計算出的距離D。圖27B示出了用于與圖27A所示的速
度V和距離D進行比較的參考速度Vref和參考距離Dref。
如圖27A和圖27B所示，速度V具有與參考速度Vref基本上類似的關系，
并且基于速度V計算出的距離D關于參考距離Dw僅產(chǎn)生了小于10%的微小
誤差o
圖28A示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的速度計算處理而計算出的速度V以及使用速度V而計算出的距離D。圖28B示出了用于與圖28A所示的速
度V和距離D進行比較的參考速度Vref和參考距離Dref。
進一步，圖29A示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的速度計算處理而計算出的速度V以及使用速度V而計算出的距離D。圖29B示出了用于與圖29A
所示的速度V和距離D進行比較的參考速度Vref和參考距離Dref。
進一步，圖30A示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的速度計算處理而計算出的速度V以及使用速度V而計算出的距離D。圖30B示出了用于與圖30A
所示的速度V和距離D進行比較的參考速度Vref和參考距離Dref。
進一步，圖31A示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的速度計算處理而計算出的速度V以及使用速度V而計算出的距離D。圖31B示出了用于與圖31A
所示的速度V和距離D進行比較的參考速度Vref和參考距離Dref。
如圖26A所示的速度V那樣，圖27A、圖28A、圖29A、圖30A和圖31A中所示的速度V分別具有與圖27B、圖28B、圖29B、圖30B和圖31B中所示的參考速度Vref基本上類似的關系，并且基于速度V計算出的距離D
關于參考距離Dref僅產(chǎn)生小于10%的微小誤差。
圖32A示出了由PND 1使用速度計算處理而計算出的速度V以及距離D
的曲線圖，且圖32B示出了參考速度Vref和從參考Vref計算出的參考距離Dref
的曲線圖。進一步，圖32C示出了由PND 1中的Z軸陀螺儀傳感器6檢測到
的偏轉(zhuǎn)角速度COz的曲線圖。
圖32C中所示的偏轉(zhuǎn)角速度o)z在其值超過大約20[deg/s]時指示車輛右轉(zhuǎn)，而在其值下降到大約-20[deg/s]以下時指示車輛左轉(zhuǎn)。
因此，如圖32C所示，即使在車輛連續(xù)地重復右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)幾次的情況下，由PND 1計算出的速度V (圖32A)也具有與參考速度Vref (圖32B )基本上類似的關系，并且基于速度V計算出的距離D關于參考距離Dw僅產(chǎn)生小于10%的微小誤差。
圖33A示出了當車輛在與圖32A的情況下的路不同的路上刊-駛時，由PND 1使用速度計算處理而計算出的速度V和距離D的曲線圖。圖33B示出
了參考速度Vref和從參考速度Vref計算出的參考距離Dref的曲線圖。進一步，
圖33C示出了由Z軸陀螺儀傳感器6檢測到的偏轉(zhuǎn)角速度coz的曲線圖。
進一步，圖34A示出了在車輛在與圖32A和圖33A的情況下的路不同的路上行駛的情況下，由PND 1使用速度計算處理而計算出的速度V和距離D的曲線圖。圖34B示出了參考速度Vref和從參考速度Vref計算出的參考距離Dref的曲線圖。進一步，圖34C示出了由Z軸陀螺儀傳感器6檢測到的偏轉(zhuǎn)角速度&的曲線圖。
從這些結(jié)果中可以理解，即使當車輛沿多條曲線行進時，由PND1計算
出的速度V也具有與參考速度Vw基本上類似的關系，并且基于速度V計算出的距離D關于參考距離Dref僅產(chǎn)生小于10%的微小誤差。
圖35B示出了繪制出當車輛沿圖35A中所示的地圖上的路徑K、從起點S行進到目標G時，由安裝在車輛上的PND 1計算出的當前位置的行進軌跡T。
行進軌跡T (圖35B)具有與車輛已經(jīng)行進的路徑K (圖35A)基本上相同的大小和類似的關系。因此可以理解，PND1能夠基本上精確地計算當前位置。
圖36示出了疊加在基于用于與速度V和距離D進行比較的、經(jīng)由GPS天線ANT接收到的GPS信號計算出的速度Vg和從速度Vg計算出的距離Dg上的、由安裝在小型車輛上的PND 1計算出的速度V和距離D。
在下文中，也將基于經(jīng)由GPS天線ANT接收到的GPS信號而計算出的速度稱為GPS速度，并且也將從GPS速度計算出的距離稱為GPS距離。
圖37示出了疊加在基于用于與速度V和距離D進行比較的、GPS信號計算出的GPS速度Vg和從GPS速度Vg計算出的GPS距離Dg的、由安裝在小型車輛上的PND 1計算出的速度V和距離D。
如圖36和圖37中所示的那樣，在多輛車輛(其每一個具有不同的車輛尺寸，即不同的軸距)中由根據(jù)本發(fā)明的實施例的PND1計算出的速度V具有與GPS速度Vg基本上類似的關系，并且基于速度V計算出的距離D關于GPS距離Dg產(chǎn)生小于10%的纟敖小誤差。
順便提及，在圖36和圖37中，在PND 1不能接收GPS信號的情況下，例如，在車輛ii^隧道的情況下，將GPS速度Vg計算為0。(6 )操作和優(yōu)點
通過上述配置，PND 1使用三軸加速度傳感器4來4企測由路面的起伏而產(chǎn)生的、垂直于車輛的行進方向的Z軸方向中的加速度az,并使用Y軸陀螺儀傳感器5來檢測由路面的起伏而產(chǎn)生的、環(huán)繞與行進方向正交的Y軸的俯仰角速度coy。
PNP 1被配置為基于由三軸加速度傳感器4檢測到的加速度(Xz和由Y軸陀螺儀傳感器5檢測到的俯仰角速度cOy、根據(jù)以上等式(1)或等式(3)計算速度V。
因此，即使當PND1不能接收GPS信號時，也能夠通過單獨使用三軸加速度傳感器4和Y軸陀螺儀傳感器5的簡單配置，在所有路況中精確地計算車輛的速度V。
另外，通過從車輛可附著和可拆卸的配置的PND 1，對于用戶來說并非必須執(zhí)行連接用以從車輛傳送車輛速度脈沖信號的線纜的乏味操作。因此PND 1變得更加便利。
并且，PND 1被配置為使用Z軸陀螺儀傳感器6檢測環(huán)繞與車輛的行進
方向垂直的Z軸的偏轉(zhuǎn)角速度COz,并基于速度V和偏轉(zhuǎn)角速度COz來計算當
前位置。
因此，即使當PND1不能接收GPS信號時，也能夠通過單獨提供三軸加速度傳感器4、 Y軸陀螺儀傳感器5和Z軸陀螺儀傳感器6的筒單配置，來在所有路況中精確地計算車輛的當前位置。
進一步，PND1被配置為當計算速度V時，向加速度數(shù)據(jù)AD1和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD1應用低通濾波處理。因此，PND1能夠移除由支架3產(chǎn)生的例如以大約15[Hz]振蕩的、并且由對于由路面的起伏所產(chǎn)生的以1到2[Hz]
振蕩的加速度(Xz和角速度(Oy來說充分大的頻率組成的加速度(Xc和角速度Q)c
的分量。
因此，PND 1使用已經(jīng)移除了由支架3產(chǎn)生的振蕩分量的加速度(Xz和俯仰角速度coy能夠進一步精確地計算速度V。并且，PND 1 乂人環(huán)繞加速度az的數(shù)據(jù)點Pm的25個數(shù)據(jù)點或75個數(shù)據(jù) 點的范圍提取最大加速度c^隨和最小加速度az,min,并從環(huán)繞俯仰角速度coy 的數(shù)據(jù)點Pm的25個數(shù)據(jù)點或75個數(shù)據(jù)點的范圍提取最大俯仰角速度coy，max 和最小俯仰角速度coy,min。
然后PND 1使用最大加速度(Xz,臓和最小加速度0^min以及最大俯仰角速度COy，max和最小俯仰角速度(Oy,n^、根據(jù)以上等式(3)來計算速度V。
因此，通過使用比加速度(Xz和俯仰角速度O)y之間的相位滯后(其隨著
車輛內(nèi)PND 1的安裝位置而變化)更寬的范圍中的數(shù)據(jù)點，PND 1變得能夠
移除上述加速度Olz和俯仰角速度COy之間的相位滯后的影響。
并且，在基于加速度(Xz和俯仰角速度(Oy根據(jù)以上等式(3)計算出的速
度V是非常大的值的情況下，PND 1通過在極低速處將速度V設置為0,否則使用先前值速度Vn_,作為速度V，能夠更加精確地計算速度V。
根據(jù)上述配置，通過檢測由路面起伏產(chǎn)生的Z軸方向中的加速度(Xz和由路面起伏產(chǎn)生的環(huán)繞Y軸的俯仰角速度Q)y，并使用加速度az和俯仰角速度coy 來計算速度V,變得可以在所有路況中精確地計算速度V。 (7)其他實施例
在上述本發(fā)明的實施例中，當計算速度V時，基于從與加速度數(shù)據(jù)AD2
對應的加速度(Xz提取的最大加速度(Xz,max和最小加速度Ctz,min以及從與角速度數(shù)據(jù)DD2對應的俯仰角速度(Oy提取的最大俯仰角速度Q)y，max和最小俯仰角速
度C0y,min，根據(jù)以上等式(3)計算速度V。
然而，應該理解,本發(fā)明不限于上述實施例。例如，速度計算部分34
可以以這樣的方式配置尋找從低通濾波部分33提供的、與加速度數(shù)據(jù)AD2 對應的加速度(Xz和與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度coy的、環(huán)繞與前一位置P0對應的數(shù)據(jù)點Pm的25個數(shù)據(jù)點或75個數(shù)據(jù)點的方差 (variance )，以〗更速度計算部分34通過將加速度az的方差除以俯仰角速度coy 的方差來計算速度V。
可替代地，速度計算部分34可以尋找例如從低通濾波部分33提供的與加速度數(shù)據(jù)AD2對應的加速度oiz和與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度coy的、環(huán)繞與前一位置P0對應的數(shù)據(jù)點Pm的25個數(shù)據(jù)點或75個數(shù)據(jù) 點的偏差(deviation )，以便速度計算部分34通過將加速度a2的偏差除以俯仰角速度coy的偏差來計算速度V。并且，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了以50[Hz]的采樣頻率，分別由三軸加速度傳感器4、 Y軸陀螺儀傳感器5和Z軸陀螺儀傳感器6測量加速度ax、 ay、 az和俯仰角速度coy以及偏轉(zhuǎn)角速度coz的情況。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述實施例。例如，三軸加速度傳感器4、 Y軸陀螺儀傳感器5和Z 軸陀螺儀傳感器6可以這樣的方式配置以除了 50[Hz]之外的預定采樣頻率 (例如，10[Hz])分別檢測加速度ax、 Oy、 az和角速度coy以及角速度 z。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了使用以50[Hz]采樣頻率檢測到的加速度az和俯仰角速度(Dy來計算速度V的情況。然而，應該理解，本發(fā) 明不限于上述實施例。PND1中的速度計算部分22可以以這樣的方式配置找到每25個數(shù)據(jù)點中以50[Hz]采樣頻率檢測到的加速度a:和俯仰角速度coy 的平均值，并使用加速度az和俯仰角速度coy的平均值來計算速度V。
在這種示例中，通過找到例如每25個數(shù)據(jù)點中以50[Hz]采樣頻率檢測到的加速度(Xz和俯仰角速度(Oy的平均值，PND 1中的速度計算部分22從而每秒僅計算速度V兩次。因此，PND 1中的控制部分11減小了用于速度計算處理的處理負荷。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了由高通濾波部分32向分別由三軸加速度傳感器4和Y軸陀螺儀傳感器5檢測到的加速度數(shù)據(jù)AD和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD應用高通濾波處理的情況。然而，可以理解，本發(fā)明不限于上述實施例。PND 1可以以這樣的方式配置不向分別由三軸加速度傳感器4 和Y軸陀螺儀傳感器5檢測到的加速度數(shù)據(jù)AD和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD應用高通濾波處理。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了分別由高通濾波部分32和低通濾波部分33向分別由三軸加速度傳感器4和Y軸陀螺儀傳感器5檢測到的加速度數(shù)據(jù)AD和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD應用高通濾波處理和低通濾波處理的情況。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述實施例。PND1可以以這樣的方式配置除了高通濾波處理和4氐通濾波處理之外，還向加速度I史據(jù)AD和俯仰角速度數(shù)據(jù)PD應用移動平均濾波處理?？商娲兀琍ND1可以以這樣的方式配置向加速度數(shù)據(jù)AD和俯仰角速度it據(jù)PD應用以4壬意方式組合的高通濾波處理、低通濾波處理和移動平均濾波處理。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了當確定前一位置PO的速度V 非常高時，使用加速度az和俯仰角速度coy來計算例如前一位置PO處的速度V,并且將先前值速度V^用作前一位置PO處的速度V的情況。然而，應該
注意，本發(fā)明不限于上述實施例。PND1中的速度計算部分22可以以這樣的方式配置在前一位置P0的速度V比先前值速度高預定值或更多的情況下，找到通過將與車輛大概能夠加速度到的速度相當?shù)闹蹬c先前值速度相加而獲得的值，并使用由此找到的值作為在前一位置P0處的速度V。
可替代地，PND1中的速度計算部分22可以以這樣的方式配置在前一位置處的速度V比先前值速度V^低預定閾值或更多的情況下，找到通過從先前值速度減去與車輛大概能夠減速到的速度相當?shù)闹刀@得的值，并使用由此找到的值作為前一位置P0處的速度V。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了基于加速度az和俯仰角速度 coy、根據(jù)以上等式(3)來計算速度V的情況。
然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述實施例。PNDl中的控制部分ll 可以以這樣的方式配置其將基于加速度az和俯仰角速度coy、 4艮據(jù)以上等式 (3 )計算的速度V與基于GPS信號計算的GPS速度Vg進行比較。
在速度V與GPS速度Vg之間存在誤差的情況下，PND1中的控制部分 ll使用線性函數(shù)或高階函數(shù)(如，四次或更高階函數(shù))，來計算用以校正速度V的誤差的校正系數(shù)，例如，以便最小化誤差，并將校正系數(shù)存儲在存儲部分12中。
因此，PND 1中的速度計算部分22基于分別由三軸加速度傳感器4和Y 軸陀螺儀傳感器5檢測到的加速度az和俯仰角速度ov根據(jù)以上等式(3) 計算速度V,之后從存儲部分12中讀出校正系數(shù)，以便使用校正系數(shù)、通過線性函數(shù)或高階函數(shù)(如四次或更高階函數(shù))來校正速度V。
如已經(jīng)描述的那樣，通過根據(jù)基于GPS信號計算的GPS速度Vg來初步地學習速度V的校正系數(shù)，PND 1變得能夠提高速度V的計算精度。
當計算速度V的校正系數(shù)和GPS速度Vg時，PND 1中的控制部分11 可以將速度V劃分為多個速度區(qū)域，如極低速、低速、中速和高速，以便對于多個速度區(qū)域中的每一個計算校正系數(shù)。
可替代地，PND 1中的控制部分11可以以這樣的方式配置當計算速度 V的校正系數(shù)和GPS速度Vg時，僅對于預定速度(例如，60[km]每小時的高速或更高速度)計算校正系數(shù)。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了當PND 1接收電源供應時根據(jù)當前位置計算處理過程執(zhí)行導航的情況。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上
述實施例。PND 1可以以這樣的方式配置在由用戶按下電源按鈕(未示出) 時PND 1關閉的情況下，將當電源按鈕被按下的時間點的當前位置、海拔等存儲到存儲部分12中。因此，當用戶再次按下電源按4丑以開啟PND 1時，從存儲部分12中讀出當前位置、海拔等，以便從已經(jīng)讀出的當前位置、海拔等恢復根據(jù)當前位置計算處理過程的導航。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了當由安裝在車輛的儀表板上的支架3支撐PND1時PND1計算速度V的情況。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述實施例。PND 1可以以這樣的方式配置當確認PND1已經(jīng)被機械地或電氣地從支架3移除時，將速度V設置為0或者維持先前值速度Vn.,。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了當PND 1處于左右方向中長的反向安裝狀態(tài)下時使用PND 1的情況。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述實施例。如圖38所示，PND1可以用在長度方向中長的縱向安裝狀態(tài)中。在這種情況下，PND 1被配置為通過Y軸陀螺儀傳感器5檢測環(huán)繞Z軸的偏轉(zhuǎn) 角速度ov并通過Z軸陀螺儀傳感器6檢測環(huán)繞Y軸的俯仰角速度coy。
進一步，上述本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了在PND 1內(nèi)部提供三軸加速度傳感器4、 Y軸陀螺儀傳感器5、 Z軸陀螺儀傳感器6和壓力傳感器7的情況。然而，應該理解，本發(fā)明不跟于上述實施例?？梢砸赃@樣的方式進行配置將三軸加速度傳感器4、 Y軸陀螺儀傳感器5、 Z軸陀螺儀傳感器6和壓力傳感器7提供到PND 1的外部。
另外，例如，可以在PND 1的側(cè)面向PND 1提供能夠調(diào)整三軸加速度傳感器4、 Y軸陀螺儀傳感器5、 Z軸陀螺儀傳感器6和壓力^f^感器7的附著角度的調(diào)整機構(gòu)。
因此，即使在不提供顯示部分2與車輛的行進方向基本上垂直的情況下，對于PND 1來說也可以通過允許用戶經(jīng)由調(diào)整機構(gòu)來進行調(diào)整，以車輛的垂直方向校準例如Y軸陀螺儀傳感器5的旋轉(zhuǎn)軸。
進一步，在上述本發(fā)明的實施例中，在與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度o)y小于預定閾值并且與加速度數(shù)據(jù)AD2對應的加速度數(shù)據(jù)ctz和與俯仰角速度數(shù)據(jù)PD2對應的俯仰角速度 y大于相應的預定閾值的情況下，確定速度V為非常高。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述實施例?？刂撇糠?11可以以這樣的方式配置當由速度計算部分34計算出的速度V取比先前值速度大預定速度或更多的值時，確定速度V非常高。
在這種示例中，當由速度計算部分34計算出的速度V取比先前值速度
Vn.,大預定速度或更多的值時，并且當先前值速度V^是極低速(例如，低
于10[km]每小時)時，平滑和去噪部分35將速度V設置為0。同時，當由速度計算部分34計算出的速度V取比先前值速度Vn.,大預定速度或更多的值時，并且當先前值速度V^是例如10[km]每小時或更高時，平滑和去噪部分 35使用先前值速度作為速度V。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了 PND 1中的控制部分11根據(jù) 在存儲部分12中預先存儲的應用程序，執(zhí)行上述例程RT1中的當前位置計算處理過程的情況。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述實施例。PND1中的控制部分ll可以以這樣的方式配置其根據(jù)從存儲介質(zhì)安裝的應用程序、從因特網(wǎng)下載的應用程序和以各種其他路徑安裝的應用程序，來執(zhí)行當前位置計算處理過程。
進一步，以上本發(fā)明的實施例已經(jīng)描述了作為本發(fā)明的實施例的速度計算裝置的PND 1由作為垂直方向加速度檢測部分的三軸加速度傳感器4、作為水平方向角速度檢測部分的Y軸陀螺儀傳感器5和作為速度計算部分的速度計算部分22形成的情況。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述實施例。速度計算裝置可以由其他各種配置的垂直方向加速度檢測部分、水平方向角速度4全測部分和速度計算部分形成。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的速度計算裝置、速度計算方法和導航裝置適當?shù)?用作在車輛上以及其他各種移動體，如摩托車和電氣列車安裝的PND和固定
導航裝置。
本申請包含與在2008年8月29日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2008-221713中公開的主題有關的主題，將其全部內(nèi)容通過引用的方式合并在此。
本領域的技術人員應該理解，根據(jù)設計要求和其他因素，可以出現(xiàn)各種修改、組合、部分組合和變更，只要它們在所附權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種速度計算裝置，包括垂直方向加速度檢測部分，其被安裝在車輛上，并檢測與路面的起伏對應地產(chǎn)生的垂直方向中的加速度；水平方向角速度檢測部分，其被安裝在所述車輛上，并檢測與所述路面的起伏對應地產(chǎn)生的、環(huán)繞與所述車輛的行進方向正交的水平軸的角速度；以及速度計算部分，其基于所述垂直方向中的加速度和環(huán)繞所述水平軸的角速度來計算所述車輛的行進方向中的速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度計算裝置，其中所述垂直方向加速度檢測部分以預定的采樣頻率、連續(xù)不斷地檢測所述垂直方向中的加速度；所述水平方向角速度檢測部分以所述采樣頻率、連續(xù)不斷地檢測環(huán)繞所述水平軸的角速度；以及所述速度計算部分使用以預定采樣數(shù)的所述垂直方向中的加速度和以所述采樣數(shù)的環(huán)繞所述水平軸的角速度，連續(xù)地計算所述車輛的所述速度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的速度計算裝置，其中.-所述速度計算部分通過在所述速度處于預定速度或更高時增大所述采樣數(shù)而在所述速度低于所述預定速度時減小所述采樣數(shù)來改變所述采樣數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的速度計算裝置，其中所述速度計算部分通過在所述速度增大的情況與所述速度減小的情況之間改變所述采樣數(shù)來提供遲滯特性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的速度計算裝置，其中所述速度計算部分從以所述采樣數(shù)的所述垂直方向中的加速度中分別提取最大值和最小值作為最大加速度和最小加速度，從以所述采樣數(shù)的環(huán)繞所述水平軸的角速度中分別提取最大值和最小值作為最大角速度和最小角速度，并通過將在所述最大加速度與所述最小加速度之間的差除以在所述最大角速度與所述最小角速度之間的差來計算所述速度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度計算裝置，其中所述速度計算部分在所述速度取比前一速度大預定閾值或更多的值且所述前一速度低于預定速度的情況下將所述速度設置為0,而在所述速度取比前一速度大所述預定閾值或更多且所述前一速度與所述預定速度一樣高或更高的情況下，使用所述前一速度作為所述速度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度計算裝置，其中在由支架支撐所述速度計算裝置的情況下，對所述垂直方向中的加速度和環(huán)繞所述水平軸的角速度應用低通濾波器，以便移除由所述支架產(chǎn)生的預定頻率分量。
8. —種速度計算方法，包括如下步驟檢測與路面的起伏對應地在車輛中產(chǎn)生的垂直方向中的加速度；檢測與所述路面的起伏對應地在所述車輛中產(chǎn)生的環(huán)繞與所述車輛的行進方向正交的水平軸的角速度；以及基于在所述垂直方向中的加速度和環(huán)繞所述水平軸的角速度來計算在所述車輛的行進方向中的速度。
9. 一種導航裝置，包括垂直方向加速度^:測部分，其^r測與路面的起伏對應地在車輛中產(chǎn)生的垂直方向中的加速度；水平方向角速度檢測部分，其檢測與所述路面的起伏對應地在所述車輛速度計算部分，'其基于所述垂i方向中的加速度和環(huán):所述水平軸的角速度來計算在所述車輛的行進方向中的速度；垂直方向角速度檢測部分，其計算環(huán)繞與所述行進方向垂直的垂直軸的角速度；角度計算部分，其基于環(huán)繞所述垂直軸的所述角速度計算所述車輛已經(jīng) 轉(zhuǎn)過的角度；以及位置計算部分，其基于由所述速度計算部分計算出的所述行進方向中的所述速度以及由所述角度計算部分計算出的所述角度，來計算所述車輛的位
全文摘要
公開了速度計算裝置、速度計算方法和導航裝置。所述速度計算裝置包括垂直方向加速度檢測部分，其被安裝在車輛上，并檢測與路面的起伏對應地產(chǎn)生的垂直方向中的加速度；水平方向角速度檢測部分，其被安裝在車輛上，并檢測與路面的起伏對應地產(chǎn)生的、環(huán)繞與車輛的行進方向正交的水平軸的角速度；以及速度計算部分，其基于垂直方向中的加速度和環(huán)繞水平軸的角速度來計算車輛的行進方向中的速度。
文檔編號G01P3/00GK101661048SQ200910170979
公開日2010年3月3日申請日期2009年8月31日優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者大久保仁申請人:索尼株式會社

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